Ranforsarea Structurilor Rutiere Suple

RANFORSAREA STRUCTURILOR RUTIERE SUPLE

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

Terminologie

- activitatea de întreţinere a drumurilor publice: totalitatea lucrărilor fizice de intervenţie (determinate de uzura sau de degradarea în condiţii normale de exploatare a drumurilor şi podurilor de şosea), care au ca scop menţinerea condiţiilor tehnice necesare desfăşurării circulaţiei în condiţii de siguranţă, precum şi în stare permanentă de curăţenie şi cu aspect estetic la nivelul traficului existent; - activitatea de reparaţii a drumurilor publice – totalitatea lucrărilor fizice de intervenţie, care au ca scop compensarea parţială sau totală a uzurii fizice şi morale produse ca urmare a exploatării normale sau a acţiunii agenţilor de mediu, ridicarea caracteristicilor tehnice la nivelul impus de traficul maxim pentru numărul de benzi de circulaţie existente, refacerea sau înlocuirea de elemente, detalii sau părţi de construcţii ieşite din uz, care afectează rezistenţa, stabilitatea, siguranţa în exploatare şi protecţia mediului; - anul modernizării drumului – anul în care a fost efectuată amenajarea complexă a drumului, prin executarea şi a unui sistem rutier cu îmbrăcăminte modernă (sistem rutier suplu sau semirigid); - deformaţie specifică – noţiune prin care se defineşte starea de deformaţie spaţială într-un sistem rutier supus unei încărcări pe suprafaţa drumului. În contextual acestui normativ, sistemul rutier este considerat de mediu multi-strat elastic liniar, iar încărcarea este dată de sarcina statică a semiosiei standard (57,5 kN), care exercită o presiune verticală uniformă de 0,625 MPa pe o suprafaţă circulară cu raza de 0,171 m.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

Programul CALDEROM (Calculul deformaţiilor specifice în sistemele rutiere în România) permite calcularea în coordonate axisimetrice asociate sarcinii a următoarelor componente ale tensorului deformaţiilor specifice (ε) în punctele critice ale sistemului rutier: - deformaţia specifică orizontală de întindere (εr) la baza straturilor bituminoase; - deformaţia specifică verticală de compresiune (εZ) la nivelul pământului de fundare. În sistemul internaţional de unităţi (m, MPa), deformaţiile specifice au unitatea (m/m), fiind de ordinal a 0,000100…0,000500 m/m sau 100x10-6…500x10-6 m/m. Pentru simplificare, 1x10-6 reprezintă o microdeformaţie, deci deformaţia specifică este de 100…500 microdef. - fisurare reflectivă – procesul de transmitere la suprafaţa unei noi îmbrăcăminţi bituminoase a fisurilor şi/sau a crăpăturilor existente în vechea îmbrăcăminte rutieră, datorat solicitărilor termice şi ale traficului, în cazul sistemelor rutiere ce au în alcătuire straturi din agregate naturale stabilizate cu lianţi hidraulici sau puzzolanici sau straturi bituminoase cu grosimi mari, cu fisuri şi crăpături în plăci; - perioada de perspectivă – perioada de timp, exprimată în ani, pentru care se stabileşte traficul de calcul al grosimii straturilor de ranforsare; - sector omogen – sector de drum caracterizat concomitent prin aceleaşi date privind traficul de calcul, alcătuirea sistemului rutier, starea de degradare a îmbrăcămintei bituminoase, tipul de pământ, tipul climateric al zonei în care este situat drumul şi regimul hidrologic al comlexului rutier. - temperatura echivalentă a straturilor bituminoase – cea pentru care suma degradărilor produse de solicitările traficului pe parcursul unui an, pentru o distribuţie dată a temperaturilor, este egală cu degradările produse de aceleaşi solicitări ale traficului, dar pentru temperatură constantă, θech (0C); - trafic de calcul – numărul de osii standard cu sarcina pe osie de 115 kN, pe banda de circulaţie cea mai solicitată, echivalent vehiculelor care vor circula pe drumul ranforsat pe perioada de perspectivă.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

Alcătuirea straturilor de ranforsare Straturile bituminoase de ranforsare sunt alcătuite din: - îmbrăcăminte bituminoasă în două straturi, cu grosime maximă sub 13 cm; - îmbrăcăminte bituminoasă în două straturi şi strat de bază din mixtură asfaltică, cu grosime totală egală sau mai mare de 13 cm. Elementele geometrice ale straturilor de ranforsare Grosimea totală minimă constructivă a îmbrăcămintei bituminoase este de 8,0 cm. Lucrările la care grosimea necesară a straturilor bituminoase de ranforsare este mai mică de 8 cm fac parte din activitatea de întreţinere a drumurilor publice sau a străzilor şi vor fi tratate în conformitate cu prevederile Normativului privind administrarea, exploatarea, întreţinerea şi repararea drumurilor publice şi cele ale Normativului departamental pentru întreţinerea şi reparaţia străzilor. Grosimea totală maximă a straturilor bituminoase de ranforsare se stabileşte pe baza eficienţei economico-financiare şi de alocare a resurselor materiale, în comparaţie cu soluţia de ranforsare cu îmbrăcăminte din beton de ciment. În cazul în care grosimea totală maximă a straturilor bituminoase de ranforsare depăşeşte 18 cm, iar eficienţa tehnico-economică nu justifică soluţia de ranforsare cu îmbrăcăminte din beton de ciment, se prevede soluţia de refacere a sistemului rutier. Lăţimea straturilor de ranforsare este cea prevăzută în proiect.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

PRINCIPII DE DIMENSIONARE

Dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare se bazează pe îndeplinirea concomitentă a următoarelor criterii: - deformaţia specifică de întindere admisibilă la baza straturilor bituminoase; - deformaţia specifică de compresiune admisibilă la nivelul pământului de fundare. Pentru dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare este necesar să se efectueze în prealabil studii de teren, în vederea obţinerii următoarelor date: - starea de degradare a îmbrăcămintei bituminoase, în conformitate cu prevederile instrucţiunilor indicativ CD 155 sau ale Normativului pentru evaluarea stării de degradare a îmbrăcăminţii pentru drumuri cu structuri rutiere suple şi semirigide indic. AND 540-98; - modul de alcătuire a straturilor rutiere şi grosimile acestora; - caracteristicile geotehnice ale pământului de fundare; - regimul hidrologic al complexului rutier (tipul profilului transversal, modul de asigurare a scurgerii apelor de suprafaţă, existenţa şi starea dispozitivelor de drenare, nivelul apei freatice). Etapele principale de calcul sunt: 1. stabilirea traficului de calcul; 2. analiza sistemului rutier ranforsat la solicitarea osiei standard; 3. stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier existent ranforsat.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

PRINCIPII DE DIMENSIONARE

În cazul sistemelor rutiere semirigide sau în cel al sistemelor rutiere suple, a căror îmbrăcăminte prezintă defecţiuni datorate procesului de fisurare termică şi dacă grosimea stratului de ranforsare calculată conform acestui normativ este sub 18 cm, se adoptă pe bază de calcule tehnico-economice, una din următoarele măsuri, în vederea încetinirii transmiterii la suprafaţa noilor straturi bituminoase, a fisurilor din contracţie termică: - o grosime totală constructivă de 18 cm; - o soluţie antifisură şi executarea straturilor de ranforsare. În cazul în care parametrul de degradare al îmbrăcămintei bituminoase, conform instrucţiunilor indicativ CD 155, este mai mare de 0,50 sau indicele global de degradare, conform normativului indicativ AND 540, este mai mic de 50, se poate prevedea pe baza unei expertize tehnice, prin încercări şi determinări de laborator, următoarea soluţie: - frezarea straturilor bituminoase superioare, alcătuite din mixturi asfaltice ale căror caracteristici fizico-mecanice nu îndeplinesc condiţiile din stas; - prevederea unui strat antifisură, în cazul în care după frezare, suprafaţa stratului bituminos prezintă fisuri şi crăpături de tip D2 (faianţări, fisuri şi crăpături multiple pe direcţii diferite) sau de tip D3 (fisuri şi crăpături transversale şi longitudinale); - executarea straturilor bituminoase de ranforsare, a căror grosime va fi stabilită prin calcule de dimensionare.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

1. STABILIREA TRAFICULUI DE CALCUL

La dimensionarea straturilor bituminoase de ranforsare se ia în considerare traficul de calcul corespunzător perioadei de perspectivă, exprimat în osii standard de 115 kN, echivalente vehiculelor care vor circula pe drum. Osia standard de 115 kN (o.s. 115) prezintă următoarele caracteristici: - sarcina pe roţile duble: 57,5 kN - presiunea de contact; 0,625 Mpa - raza suprafeţei circulare echivalente suprafeţei de contact pneu-drum: 0,171 m Perioada de perspectivă va fi indicată de beneficiarul lucrării. Se recomandă adoptarea unei perioade de perspectivă de 15 ani în cazul ranforsării autostrăzilor, a drumurilor expres şi a drumurilor naţionale europene şi de 10 ani în cazul celorlalte categorii de drumuri naţionale. În cazul drumurilor judeţene, comunale şi vicinale, perioada de perspectivă poate fi mai mică de 10 ani. Ea va fi stabilită în cadrul primei faze de proiectare, avându-se în vedere atât traficul actual şi evoluţia în perspectivă a acestuia, cât şi starea tehnică a drumului.

RANFORSAREA STRUCTURILOR RUTIERE SUPLE

1. STABILIREA TRAFICULUI DE CALCUL

 Traficul de calcul se exprimă în milioane de osii standard de 115 kN (m.o.) şi se stabileşte cu relaţia: Nc=365x10-6xppxcrtx…[nk95xpkr+pkF/2xfek] (m.o.s.) în care: 365 – numărul de zile calendaristice dintr-un an; pp – perioada de perspectivă în ani; - coeficientul de repartiţie transversală, pe benzi de circulaţie şi anume: - pentru drumuri cu două şi trei benzi de circulaţie crt=0,50; - pentru drumuri cu patru benzi de circulaţie crt=0,45. - intensitatea medie zilnică anuală a vehiculelor din grupa k, conform rezultatelor recensământului general de circulaţie (respectiv din anul 1995); - coeficientul de evoluţie a vehiculelor din grupa k, corespunzător anului de dare în exploatare a drumului ranforsat, anul R; - coeficientul de evoluţie a vehiculelor din grupa k, corespunzător sfârşitului perioadei de perspectivă luată în consideraţie (anul F); - coeficientul de echivalare a vehiculelor din grupa k în osii standard de 115 kN. În cazul drumurilor pe care recensământul de circulaţie s-a efectuat pe fiecare bandă de circulaţie, pentru stabilirea volumului de trafic de calcul se vor lua în considerare rezultatele recensământului de pe banda cea mai solicitată. În acest caz, coeficientul de repartiţie transversală este crt=1.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

2. ANALIZA SISTEMULUI RUTIER RANFORSAT LA SOLICITAREA OSIEI STANDARD

Sistemul rutier existent este caracterizat, pentru fiecare sector omogen de drum, prin grosimea fiecărui strat rutier şi prin caracteristicile de deformabilitate ale materialelor din straturile rutiere şi ale pământului de fundare (modulul de elasticitate dinamic, E, în MPa şi coeficientul lui Poisson, μ). În calcule se adoptă grosimile medii ale straturilor rutiere pentru fiecare sector omogen de drum. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic pentru tipurile de pământ sunt prezentate în tabelul 3, în funcţie de tipul climateric al zonei şi de regimul hidrologic al complexului rutier. Regimul hidrologic se diferenţiază astfel: - regimul hidrologic 1, corespunzător condiţiilor hidrologice FAVORABILE; - regimul hidrologic 2, corespunzător condiţiilor hidrologice MEDIOCRE şi DEFAVORABILE, notat cu: a. pentru sectoare de drum situate în rambleu cu înălţimea minimă de 1,00 m; b. pentru sectoare de drum situate în rambleu cu înălţimea sub 1 m, la nivelul terenului, în profil mixt sau debleu. Tabelul 3. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al pământului de fundare

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

2. ANALIZA SISTEMULUI RUTIER RANFORSAT LA SOLICITAREA OSIEI STANDARD

Tabelul 3. Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al pământului de fundare

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

2. ANALIZA SISTEMULUI RUTIER RANFORSAT LA SOLICITAREA OSIEI STANDARD

Valoarea de calcul a modulului de elasticitate dinamic al balastului (Eb) se stabileşte cu relaţia: • Eb=0,20 hb0,45x Ep (MPa) în care: hb – grosimea stratului de balast, în mm; Ep – modulul de elasticitate dinamic al pământului de fundare, în MPa; Coeficientul de elasticitate pentru balast este de 0,27. Deoarece ranforsarea structurii rutiere presupune în general prevederea mai multor straturi bituminoase, în calcule se adoptă grosimea totală a acestora şi valoarea modulului de elasticitate dinamic mediu ponderat (Em, MPa), calculate cu relaţia: • Em=[Σ(Ei1/3 x hi)/ Σhi]3

(MPa)

în care: Ei – modulul de elasticitate dinamic al mixturii asfaltice din stratul i, în MPa; hi – grosimea stratului i, în cm.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

2. ANALIZA SISTEMULUI RUTIER RANFORSAT LA SOLICITAREA OSIEI STANDARD

Valorile de calcul ale modulului de elasticitate dinamic al mixturilor asfaltice din straturile bituminoase de ranforsare

Analiza structurii rutiere ranforsate la solicitarea osiei standard comportă calculul cu programul CALDEROM al următoarelor componente ale deformaţiei: - deformaţia specifică orizontală de întindere la baza straturilor bituminoase (θr), în microdeformaţii; - deformaţia specifică verticală de compresiune, la nivelul patului drumului (θz), în microdeformaţii.

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

3. STABILIREA COMPORTĂRII SUB TRAFIC A SISTEMULUI RUTIER EXISTENT RANFORSAT Stabilirea comportării sub trafic a sistemului rutier ranforsat are drept scop calcularea grosimii straturilor bituminoase de ranforsare pentru care sunt respectate criteriile de dimensionare.  Criteriul deformaţiei specifice de întindere admisibile la baza straturilor bituminoase este respectat dacă rata de degradare prin oboseală (RDO) are o valoare mai mică sau egală cu (RDO) admisibilă. Rata de degradare prin oboseală se calculează cu relaţia: RDO=Nc/Nadm În care: Nc – traficul de calcul, în osii standard de 115 kN, în m.o.s; Nadm – numărul de solicitări admisibil, în m.o.s., care poate fi preluat de straturile bituminoase, corespunzător stării de deformaţie la baza acestora. Numărul de solicitări admisibil, care poate fi preluat de straturile bituminoase, se stabileşte cu ajutorul legilor de oboseală a mixturii asfaltice, în funcţie de categoria drumului sau a străzii şi de traficul de calcul şi anume, cu relaţiile: a) - autostrăzi şi drumuri expres; - drumuri naţionale europene; - drumuri şi străzi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s (1x106 o.s. 115): Nadm=4,27x108xεr-3.97 (m.o.s.) (4a)

RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE

3. STABILIREA COMPORTĂRII SUB TRAFIC A SISTEMULUI RUTIER EXISTENT RANFORSAT b) - drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. (1x106 o.s. 115): Nadm=24,5x108xεr-3.97 (m.o.s.) (4b) Grosimea necesară a straturilor bituminoase de ranforsare este cea pentru care se respectă condiţia: RDO
RANFORSAREA STRUCUTILOR RUTIERE SUPLE 3. STABILIREA COMPORTĂRII SUB TRAFIC A SISTEMULUI RUTIER EXISTENT RANFORSAT



Criteriul deformaţiei specifice verticale admisibile la nivelul pământului de fundare este respectat, dacă este îndeplinită condiţia: εz≤ εz adm în care: εz – deformaţia specifică verticală de compresiune la nivelul pământului de fundare, în microdeformaţii; εz adm – deformaţia specifică verticală admisibilă la nivelul pământului de fundare, în microdeformaţii; Deformaţia specifică verticală admisibilă se calculează cu următoarele relaţii: a) - autostrăzi şi drumuri expres; - drumuri naţionale europene; - drumuri şi străzi cu trafic de calcul mai mare de 1 m.o.s. (1x106 o.s. 115): εz adm=329 Nc-0.27 (microdef.) (5a) b) - drumuri şi străzi cu trafic de calcul cel mult egal cu 1 m.o.s. (1x106 o.s. 115); εz adm= 600 Nc-0.28 (microdef.) În cazul în care această condiţie nu este satisfăcută, se repetă calculul deformaţiei specifice verticale, pentru o grosime mai mare a straturilor bituminoase de ranforsare.